UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIEtede.mackenzie.br/jspui/bitstream/tede/1353/1/Cicera Soares Pereira... · Mackenzie, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre

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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

ENGENHARIA DE MATERIAIS

MESTRADO PROFISSIONAL

CICERA SOARES PEREIRA

DESENVOLVIMENTO DE COMPOSTO DE BORRACHA EPDM UTILIZANDO

CARGAS ALTERNATIVAS OBTIDAS DA REGENERAÇÃO DE BORRACHAS

VULCANIZADAS PARA FABRICAÇÃO DE MANGUEIRAS DE ARREFECIMENTO.

São Paulo

2015

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Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-Graduação em Engenharia

de Materiais da Universidade Presbiteriana

Mackenzie, como requisito parcial à

obtenção do título de Mestre em Engenharia

de Materiais.

ORIENTADORA: PROFA. DRA. LEILA FIGUEIREDO DE MIRANDA

COORIENTADOR: PROF. DR. NILSON CASIMIRO PEREIRA

São Paulo

2015

3





Projeto de Dissertação de Mestrado

apresentada ao Programa Pós Graduação em

Engenharia de Materiais, da Universidade

Presbiteriana Mackenzie, como requisito

parcial à obtenção do título de Mestre em

Engenharia de Materiais.

Aprovada em de de 2015.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________________

Profa. Dra. Leila Figueiredo de Miranda - Orientadora

Universidade Presbiteriana Mackenzie - UPM

_________________________________________________

Prof. Dr. Mauro Cesar Terence

Universidade Presbiteriana Mackenzie - UPM

_________________________________________________

Prof. Dr. Leonardo Gondim de Andrade e Silva

Instituto de Pesquisa Energéticas e Nuclear - IPEN

4

A todos que direta ou indiretamente me

ajudaram em mais uma realização

5

AGRADECIMENTOS

À Profa. Dra. Leila Figueiredo de Miranda pelo conhecimento, orientação no

decorrer dos estudos na realização deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Nilson Casimiro Pereira pelas informações técnicas, paciência e

dedicação durante a execução deste trabalho.

À Profa. e amiga Marcia Ghirardello pela grande ajuda na correção deste

trabalho.

Ao meu marido Marcos pela compreensão e incentivo.

Aos meus pais, irmãos, cunhados e sobrinhos pelo interesse em conhecer este

trabalho.

Aos técnicos Edson Agostinho, Rogério Lopes, Abner Cabral Neto, Maria

Liuba L. Crespo e Luiz Henrique Silveira pela ajuda nos laboratórios da Universidade

Presbiteriana Mackenzie.

À colega de classe Caroline V. Pacheco pela ajuda nos exercícios e

companheirismo durante as aulas.

Ao Sr. João Cacesi e o Sr. Danilo Cacesi da empresa Ouro Preto pelo

fornecimento de matéria prima (negro de fumo regenerado) e empenho em realizar vários

tipos de trituração para obtenção das amostras deste trabalho.

Aos amigos Eliane Maria da Rocha, David Alves, Edvan Lourenço, Maria da

Guia, Antônio Ferreira, Mario Zanetti e Marcio Vasconcelo da empesa Sabó pela grande

ajuda na realização deste trabalho.

6

Ensinem-me, e eu me calarei; mostrem-me

onde errei (Jó 6.24).

7

RESUMO

A indústria automobilística utiliza uma infinidade de diferentes produtos e artefatos à base de

borracha vulcanizada. Durante a fabricação, partes destes produtos são descartados em razão

das falhas de processamento, gerando prejuízo ao meio ambiente. Se estas falhas ocorrem

após a vulcanização da borracha, não há possibilidade do reprocessamento do material. Em

razão do preço alto das matérias primas, o reaproveitamento de material proveniente das

peças vulcanizadas descartadas pode gerar uma redução nos materiais utilizados e no custo

final da formulação. Entre as borrachas utilizadas para a obtenção destes artefatos, destacam-

se o terpolímero etileno propileno dieno (EPDM). Este estudo teve como objetivo obter e

caracterizar compostos de borracha EPDM, vulcanizados com enxofre, contendo diferentes

concentrações de resíduos de borrachas vulcanizadas moídas (EPDM ou misto EPDM/NBR-

PVC), observando possíveis alterações nas propriedades mecânicas e químicas em relação aos

compostos sem adição de resíduos. Foram obtidos compostos contendo 5% e 10% de resíduos

de borrachas vulcanizadas moídas. Por meio dos resultados foi possível verificar que os

compostos contendo diferentes tipos de resíduos (EPDM ou misto EPDM/NBR-PVC), nas

concentrações de 5 % e 10% em massa de resíduos, são mais resistentes ao calor, à imersão

em óleo e líquido refrigerante (etileno glicol) quando comparados com o composto obtido

sem adição de resíduos de borracha. Os compostos sem resíduo apresentaram melhor

acabamento superficial quando comparados com os compostos contendo resíduo.

Comparando o acabamento superficial dos compostos contendo resíduos, observou-se que o

acabamento superficial obtido para as amostras prensadas foi melhor do que o acabamento

obtido para as amostras extrudadas.

Palavras-chaves: Borracha vulcanizada, Reprocessamento, EPDM, NBR-PVC,

Reaproveitamento.

8

ABSTRACT

The automotive industry uses infinity of different products and articles based on vulcanized

rubber and, during the manufacturing, part of them are discarded due to the processing

failures, causing damage to the environment. If these failures occur after the vulcanization of

the rubber, there is no possibility of reprocessing the material. Due to the high cost of the raw

materials, reusing the material from vulcanized pieces discarded can generate a reduction in

the raw materials, as well as in the final cost of the formulation. Among the rubbers used to

obtain these devices, the ethylene-propylene- diene monomer (EPDM) and nitrile rubber

containing poly (vinyl chloride) (NBR-PVC) are included. This study aims to obtain and

characterize EPDM rubber compound, vulcanized with sulfur containing different

concentrations of waste ground vulcanized rubber (EPDM or mixed EPDM/NBR-PVC),

observing possible changes in mechanical properties and in relation to chemical compounds

without the addition of waste. Compounds were obtained containing 0wt%, 5wt% and

10wt%of ground vulcanized rubber waste. By checking the results, it was verified that the

compounds containing different types of waste (EPDM or mixed EPDM/NBR-PVC), at

concentrations 5wt% to 10wt% of waste, are more resistant to heat, oil immersion and coolant

liquid (ethylene glycol), compared to the compound obtained without addition of waste

rubber. The compounds without residue showed better surface finish compared to compounds

containing waste. Comparing the surface finish of compounds containing the residue, it was

observed that the surface finish obtained from the pressed samples was better than the finish

obtained for the extruded samples.

Keywords: Acceleration rubber, Reprocessing, EPDM, NBR-PVC, Regeneration.

9

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Desenho 1 Esquema da molécula elastomérico antes e após ter sido submetida a

tensão externa...........................................................................................

20

Desenho 2 Esquema de um elastômero sem pontos fixos e com a introdução de pontos

fixos, antes e após a vulcanização................................................................... 21

Esquema 1 Reação de obtenção da borracha etileno propileno ................................. 23

Esquema 2 Estrutura do diciclopentadieno (DCPD).................................................... 24

Esquema 3 Estrutura do 5-etilideno norborneno (ENB).............................................. 24

Esquema 4 Estrutura do 1, 4 hexadieno (1,4 HD)......................................................... 24

Esquema 5 Copolimerização de butadieno e acrilonitrilo para obtenção do NBR....... 26

Fotografia 1 Misturador fechado tipo Banbury Werner & Pfleiderer Stuttgart....................... 33

Fotografia 2 Calandra (misturador aberto) Thropp................................................................. 33

Fotografia 3 Prensa hidráulica Racine com aquecimento..................................................... 34

Desenho 3 Esquema da cavidade de teste do reomêtro tipo MDR.............................. 36

Fotografia 4 Balança analítica da Maxlabor, utilizada na obtenção da densidade das

amostras ................................................................................................................ 36

Fotografia 5 Equipamento de ensaio universal Emic................................................................. 38

Fotografia 6 Durômetro do tipo Shore A da Zwick................................................................... 39

Fotografia 7 Prensa utilizada no ensaio de deformação permanente sob compressão............... 40

Fotografia 8 Amostras submersas em tubos de ensaio contendo água, mantidas em estufa de

ar circulante, a 100°C............................................................................................ 41

Fotografia 9 Amostras mantidas em estufa de ar circulante, a 125°C...................................... 42

Fotografia 10 Amostras submersas em tubos de ensaio contendo óleo tipo 15 W 40, mantidas

em estufa de ar circulante, a 100°C................................................................... 42

Fotografia 11 Amostras submersas em frasco erlenmeyer acoplado a um condensador

(sistema selebin) contendo etileno glicol.............................................................. 43

Fotografia 12 Microscópio eletrônico de varredura (MEV), da JEOL, modelo JMS2510........ 44

Fotografia 13 Analisador Dinâmico Mecânico, equipamento da Perkin elmer, modelo 8000.... 45

Fotografia 14 Resiliência, modelo Veb Tiw Rauenstein.......................................................... 46

Gráfico 1 Curva reométrica obtida para o torque em função do

tempo para o composto CC00 (100% de EPDM).............................................. 47


tempo para o composto CC01 (95% de EPDM/5% resíduos de EPDM) ............ 48


tempo para o composto CC02 (95% de EPDM/5% resíduos de EPDM/NBR-

PVC).....................................................................................................................

48


tempo para o composto CC03 (90% de EPDM/10% resíduos de EPDM)........... 49

10


tempo para o composto CC04 (90% de EPDM/10% resíduos de EPDM/NBR-

PVC)............................................................................................................

49

Gráfico 6 Dureza Shore A dos compostos obtidos................................................................ 51

Gráfico 7 Resistência à tração na ruptura dos compostos obtidos........................................ 53

Gráfico 8 Alongamento na ruptura dos compostos obtidos.................................................. 54

Gráfico 9 Módulo sob tração dos compostos obtidos......................................................... 55

Gráfico 10 Deformação permanente à compressão (compression set) dos compostos

obtidos................................................................................................................... 57

Micrografia 1 Micrografia obtida em microscópio eletrônico de varredura. Amostra

CC 00, com aumento de (A) 100x e (B) 10000x........................................

58



59



59



60



60

Gráfico 11 Análise dinâmico-mecânica referente ao composto C00............................ 61





Gráfico 16 Ensaio de resiliência. (%)........................................................................... 64

11

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Propriedades típicas das borrachas de etileno propileno dieno (EPDM)....................... 25

Tabela 2 Materiais utilizados na formulação dos compostos........................................................ 29

Tabela 3 Formulação básica de EPDM (FPEPDM)....................................................................... 32

Tabela 4 Composição dos compostos estudados........................................................................... 32

Tabela 5 Resultados obtidos nos ensaios de reometria.................................................................. 50

Tabela 6

Tabela 7

Densidade dos compostos obtidos.......................................................................

Resultados dos ensaios de dureza Shore A dos compostos estudados................

50

51

Tabela 8 Resultados dos ensaios de resistência à tração dos compostos estudados...................... 53

Tabela 9 Resultados de alongamento sob tração dos compostos estudados................................ 54

Tabela10 Resultados obtidos do módulo sob tração dos compostos estudados............................. 55

Tabela11 Resultados obtidos para os ensaios de deformação à compressão (compression

set) dos compostos estudados..............................................................................

57

Tabela 12 Resultados obtidos no ensaio de DMA ............................................................... 63

Tabela 13 Resultados obtidos no ensaio de resiliência........................................................ 64

Tabela 14 Análise econômica dos compostos obtidos......................................................... 66

12

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................... 14

1.1 OBJETIVO........................................................................................................... 17

1.1.1 Objetivos Gerais.................................................................................................... 17

1.1.2 Objetivos Específicos..................................................................................... 17

1.2 JUSTIFICATIVA................................................................................................... 17

1.3 METODOLOGIA................................................................................................... 18

2 REVISÃO DE LITERATURA............................................................................ 19

2.1 ELASTÔMEROS................................................................................................... 19

2.2 ELASTÔMEROS EPM e EPDM.................................................................... 22

2.3 ELASTÔMEROS NBR................................................................................... 25

3 MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................... 29

3.1 MATERIAIS................................................................................................... 29

3.1.1 Elastômero...................................................................................................... 30

3.1.2 Carga.............................................................................................................. 30

3.1.3 Auxiliares de processamento........................................................................ 30

3.1.4 Agente de proteção ou antioxidante............................................................. 30

3.1.5 Ativador de reação........................................................................................ 31

3.1.6 Retardadores ou retardantes........................................................................ 31

3.1.7 Agente reticulante ou acelerador................................................................. 31

3.2 MÉTODOS...................................................................................................... 32

3.2.1 Obtenção das amostras................................................................................. 32

3.2.2 Caracterização das amostras........................................................................ 34

3.2.2.1 Reometria - Reômetro de torque..................................................................... 34

3.2.2.2 Densidade, variação de peso e volume......................................................... 36

3.2.2.3 Caracterização mecânica.............................................................................. 37

3.2.2.3.1 Ensaios de tração............................................................................................ 37

3.2.2.3.2 Dureza Shore A................................................................................................ 38

3.2.2.3.3 Deformação permanente sob compressão de elastômeros vulcanizados........ 39

3.2.2.4 Resistência Química........................................................................................ 40

3.2.2.4.1 Imersão em água...................................... ....................................................... 41

3.2.2.4.2 Resistência ao calor........................................................................................ 41

3.2.2.4.3 Imersão em óleo............... .............................................................................. 42

3.2.2.4.4 Imersão em líquido refrigerante (etileno glicol)............................................. 43

13

3.2.2.5 Caracterização Morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura

(MEV).............................................................................................................

43

3.2.2.6 Análise Dinâmico Mecânica (DMA)............................................................ 44

3.2.2.7 Resiliência ao impacto..................................................................................... 45

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................ 47

4.1 ENSAIOS REOMÉTRICOS........................................................................... 47

4.2 DENSIDADE.................................................................................................. 50

4.3 ENSAIOS DE DUREZA ........................................................................................... 51

4.4 ENSAIOS DE TRAÇÃO............................................................................................ 52

4.5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE À COMPRESSÃO (COMPRESSION SET)... 57

4.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA – MEV....................... 58

4.7 ANÁLISE DINÂMICO MECÂNICA - DMA............................................... 60

4.8 RESISTÊNCIA AO IMPACTO – ENSAIO DE RESILIÊNCIA................... 64

5 ANALISE ECONÔMICA............................................................................ 66

6 CONCLUSÕES ............................................................................................. 67

REFERÊNCIAS….………………….……………………………......…… 68

14

1 INTRODUÇÃO

As primeiras informações sobre a descoberta da borracha natural são anteriores

à descoberta do continente americano. Colombo observou que os nativos tinham como

passatempo um jogo, no qual utilizavam bolas feitas com a goma obtida por meio de corte no

caule de uma árvore da região. Há mais de um tipo de árvore cuja resina, retirada por

intermédio de sulcos no caule, fornece uma goma semelhante. A mais famosa denominada

cientificamente Hevea brasiliensis é conhecida como seringueira (CANTO, 2004).

A borracha assim obtida não oferece muita utilidade, em dias de frio, ela se

torna quebradiça e em dias muito quentes, mole e pegajosa. Chales Goodyear aqueceu, em um

forno, borracha natural misturada com pó de enxofre e um pouco de óxido de chumbo. O que

obteve foi uma borracha resistente, elástica e estável as variações de temperatura (CANTO,

2004).

A produção de artigos fabricados em compostos de borracha em gramde escala,

porém com grades limitações de uso, em razão da fragilidade da borracha natural em algumas

aplicações, fizeram com que os pesquisadores buscassem produzir materiais elastoméricos

com propriedades diferenciadas. Por volta de 1930 é que ocorreu a descoberta das primeiras

borrachas sintética, butadieno acrilonitrila (NBR) e a butadieno-estireno (SBR) , resistentes a

óleo , graxas e abrasão. (GARBIM, 2011).

A primeira produção comercial de butadieno-acrilonitrilica (NBR) foi na

Alemanha, Konred Tschunku e Kleiner, produziram a borracha sintética a partir do butadieno

com a acrilonitrila. A primeira borracha nitrílica foi chamada de Buna N e mais tarde de

Perbunan (WHELAN, 1979).

O objetivo era conseguir uma borracha com boa resistência à gasolina, aos

óleos, a abrasão, impermeabilidade a gases e estabilidade térmica boa. Depois se confirmou

que essas características eram providas pela alta polaridade da acrilonitrila. O copolímero com

maior teor de acrilonitrila apresenta melhor resistência aos derivados de petróleo, porém as

propriedades de manter-se flexível a temperatura baixa serão menores.

A borracha NBR, é utilizada em muitas aplicações industriais e também para

fins automotivos, as solicitações mecânicas exigem dos compostos nitrílicos propriedades

técnicas diferenciadas com resistência boa, a temperatura baixa e alta, ao óleo, ao

combustível, aos solventes, à abrasão e à fadiga dinâmica.

15

Atualmente a ciência dos materiais poliméricos tem avançado muito em

sistema de modificações estruturais, promovendo diversas combinações entre polímeros

termoplásticos com elastômeros, de maneira a formar blendas, o quer permite obter novos

materiais que ofereçam propriedades técnicas similares com os termofixos, porém com

processabilidade semelhante à dos termoplásticos. A borracha nitrílica oferece boa

compatibilidade com o poli cloreto de vinila (PVC) (GARBIM, 2011).

Dentre os inúmeros tipos e variedades de elastômeros existentes no mercado

brasileiro, a borracha nitrílica destaca-se como a mais utilizada nos diversos setores da

atividade industrial, em especial em misturas com PVC. Blendas PVC/NBR são de grande

interesse tecnológico em razão da obtenção de materiais com grande aplicabilidade, com

custo e desempenho diferenciado. A grande versatilidade do PVC e a possibilidade de

incorporação de aditivos, aliadas às propriedades da borracha nitrílica, como resistência

elevada a óleos e solventes, geram produtos com ampla gama de aplicações. A incorporação

da borracha nitrílica com o PVC, promove melhoria na resistência ao ozônio, envelhecimento

e resistência química, melhora as propriedades de abrasão, rasgamento e tração (PASSADOR,

2008).

A blenda de PVC com a borracha nitrílica NBR, é uma mistura homogênea de

um copolímero de butadieno-acrilonitrila com a resina vinílica foi desenvolvida em 1942,

sendo a primeira blenda termoplástica comercial. A mistura de NBR/PVC é recomendada

para aplicações que necessitem de resistência boa a intempéries e a líquidos orgânicos como

óleos alifáticos e solventes (NUNES, 2002).

A blenda NBR/PVC melhora a resistência e pode ser aplicada em mangueiras,

gaxetas, retentores, fios elétricos, cabos, laminados calandrados, revestimento de tecidos, ente

outros (GARBIM, 2011).

O poli cloreto de vinila (PVC) é um dos termoplásticos mais usados no mundo.

O vinil é feito a partir de repetidos processos de polimerização que convertem

hidrocarbonetos, contidos em materiais como o petróleo, em um único composto chamado

polímero. Formado basicamente por etileno (43% de eteno (derivado do petróleo) e cloro

57% de cloreto de sódio (sal de cozinha).

O PVC pode ter suas características alteradas dentro de um amplo espectro de

propriedades em função da aplicação final, variando desde o rígido ao extremamente flexível,

passando por aplicações que vão desde tubos e perfis rígidos para uso na construção civil até

brinquedos. A grande versatilidade do PVC deve-se, em parte, a sua adequação aos mais

variados processos de moldagem (NUNES, 2002).

16

Os desafios enfrentados e suportados pelo mundo industrializado nesta última

década é para adequar-se a esta nova realidade de mercado. As usinas buscam atender às

exigências crescentes impostas. Desses esforços, saltam ideias novas, materiais novos, novas

tecnologias e conceitos que promovem avanços extraordinários. As diversas usinas produtoras

de polímeros, acompanham a evolução, desenvolvendo produtos novos de modo a oferecer

materiais da mais alta qualidade e com custo apreciável, como é o caso do EPDM (GARBIM,

2011).

Ao que se conhece, a história dos elastômeros de etileno-propileno data de

1951, quando foi descoberta uma classe nova de catalisadores à base de alumínio-vanádio,

pelo pesquisador Karl Ziegler. Baseando-se nesta descoberta, o pesquisador Giulio Natta

produziu um polipropileno com massa molar alta utilizando esta classe de catalisador.

O trabalho de Giulio Natta e sua equipe representou um significante avanço

para a indústria da borracha, usando a mesma classe de catalisadores e conseguindo um

sistema capaz de produzir copolímeros de etileno propileno amorfos com características

elastoméricas (GRISON, 2010).

A obtenção dos elastômeros de etileno propileno ocorre pelo processamento

em solução, sistema de polimerização e polimerização em solução (GARBIM, 2011).

O EPDM é um elastômero sintético não resistente a derivados de petróleo, mas

resistente a ozônio, intemperismo, radiação UV e temperatura em condições de trabalho até

140°C, sendo que a temperatura de uso está na faixa entre -20° a +140°C . É o elastômero

com maior capacidade de incorporar cargas. A cura pode ser peroxídica ou com doadores de

enxofre. Requer temperaturas de cura acima de 150°C e normalmente é feita entre 160°C e

175°C. Este elastômero, por ter elevado teor de olefinas (polietileno), não apresenta boas

características de adesão (GRISON, 2010).

Neste trabalho foi estudada a obtenção de compostos elastoméricos à base de

EPDM, contendo cargas regeneradas de borrachas a base de EPDM e de EPDM/NBR-PVC.

Os artefatos de borracha vulcanizada, sob os seus diversos tipos, geram uma

grande quantidade de produtos utilizados pela indústria automobilística (PAPAUTSKYD,

2013).

Em razão das exigências quanto ao desempenho do material, muitos destes

produtos são descartados devido às falhas durante seu processamento. Se a falha ocorre após a

vulcanização da borracha, a mesma não pode ser reprocessada, gerando o seu descarte e

aumentando o custo do produto final.

17

Visando diminuir os custos, em virtude do preço alto das matérias primas, o

reaproveitamento das peças já vulcanizadas, por meio da reutilização destes resíduos, têm

sido objeto de estudos de muitas indústrias.

A regeneração das peças vulcanizadas e a reutilização deste material são

realizadas por meio da adição deste material descartado, em diferentes concentrações, após a

sua trituração e moagem em compostos novos de borracha antes de sua vulcanização. Desta

forma, o percentual de material regenerado que é adicionado aos compostos novos de

borracha volta ao ciclo produtivo (PAPAUTSKYD, 2013).

A mistura de um copolímero butadieno acrilonitrila com PVC (NBR-PVC) é

recomendada para aplicações que necessitem de resistência boa a intempéries e a líquidos

orgânicos como óleos alifáticos e solventes. Sua principal vantagem em relação às borrachas

nitrílicas tradicionais é a resistência excepcional ao ozônio.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivos Gerais

Desenvolver, caracterizar e estudar a viabilidade técnica e econômica de

compostos elastoméricos à base de EPDM contendo resíduos de borracha como cargas.

1.1.2 Objetivos Específicos

Desenvolver, caracterizar o composto de EPDM a serem empregados na

fabricação de peças automobilísticas. Pretende-se comparar o composto com e sem adição de

material reciclado por meio de ensaios de caracterização. Avaliar por meio de gráfico o

desempenho das amostras.

1.2 JUSTIFICATIVA

Um dos principais objetivos de qualquer indústria é diminuir o custo de seus

produtos, mantendo a qualidade e, consequentemente, aumentando o seu lucro. Paralelamente,

a consciência ecológica vem ganhando espaço e, pelas decisões governamentais legislando

efetivamente na proteção do meio ambiente, influenciando a competitividade dos negócios

18

internacionais. Diversos segmentos industriais estão se adaptando aos requisitos e

procedimentos de preservação ambiental consolidados pela ISO 14000 (CASA, 2002).

Os polímeros, de um modo geral, apresentam degradação lenta e nas borrachas

(elastômeros) este fato é potencializado pela presença de ligações cruzadas e de outros

aditivos presentes na composição, como antioxidantes, antiozonantes e cargas que dificultam

não somente a degradação, mas também o seu reaproveitamento, pois afetam o processamento

da mistura (HARPER, 2002).

Um dos desafios para a sociedade é o tratamento e o descarte adequado desta

borracha (PAPAUTSKY, 2013).

Existe muitos artefatos vulcanizados, entre eles temos o pneu. A reciclagem de

pneus é um dos meios encontrados para suprir essa necessidade de transformar a borracha em

materiais que possam ser reaproveitados (CEMPRE, 2014).

Grandes quantidades de borrachas (natural e sintética) são utilizadas na

fabricação de peças. Após a vulcanização, peças danificadas são descartadas gerando

desperdício de material e o acúmulo de resíduos em aterros sanitários. Uma forma de

utilização de resíduos é transformá-los em borracha em pó e utilizá-lo como carga em novas

formulações (WEBER, 2006).

Em vista do exposto, o estudo da obtenção de compostos de EPDM contendo

resíduos de EPDM e NBR vulcanizados torna-se muito importante para o desenvolvimento de

formulações adequadas para cada tipo de aplicação e que minimizem os danos causados pelo

descarte destes resíduos ao meio ambiente.

1.3 METODOLOGIA

Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizado um levantamento

bibliográfico por meio de consultas em livros, periódicos, anais de congressos e sites

especializados da internet.

Para o desenvolvimento da parte experimental foram produzidos e

caracterizados: química, mecânica, térmica e morfologicamente, compostos elastoméricos à

base de EPDM vulcanizados com enxofre, contendo diferentes concentrações de resíduos de

borracha vulcanizada moídos (EPDM ou misto de EPDM/NBR). Foram obtidos compostos

contendo 0%, 5% e 10% de resíduos moídos de borracha vulcanizada.

Os compostos foram obtidos por extrusão e por prensagem a quente.

Os compostos obtidos foram caracterizados por meio de ensaios químicos

http://pt.wikipedia.org/wiki/Aterros_sanit%C3%A1rios

19

(resistência a óleo, ar, água e líquido refrigerante), reológicos (reometria de torque),

mecânicos (tração, dureza, deformação permanente à compressão), térmicos (análise

dinâmicomecânica - DMA), microestruturais (microscopia eletrônica de varredura-MEV).

2 REVISÃO DE LITERATURA

Com a descoberta do fenômeno da vulcanização da borracha natural pelo

enxofre, teve início a intensa evolução da fabricação de peças e artefatos de borracha. Porém

ainda com grandes limitações de uso, em razão da fragilidade da borracha natural em algumas

aplicações. Somente após a segunda guerra mundial, ocorreu a descoberta das primeiras

borrachas sintéticas, inicialmente utilizadas somente para fins militares em razão da à

resistência a óleo e graxas e à abrasão respectivamente. A descoberta desses primeiros

elastômero sintéticos foi um passo significativo para o início das pesquisas e do

desenvolvimento de inúmeras outras borrachas sintéticas.

2.1 ELASTÔMEROS

Os elastômeros de etileno propileno tiveram início com a descoberta dos

catalisadores específicos desenvolvidos por Giulio Natta e Karl Ziegler que conseguiram um

sistema capaz de produzir copolímeros de etileno-propileno amorfos com características

elastoméricas. Os pesquisadores Ziegler e Natta foram contemplados com o Prêmio Nobel de

Química em 1963 por estas significantes descobertas (GARBIM, 2013).

As primeiras produções de copolímeros de etileno propileno , em escala grande

para comercialização no mercado de borracha datam do início dos anos 60, época em que os

produtores eram as empresas: Exxon, Enichem, E.I Du Pont de Nemours e Uniroyal. Nos

vinte anos seguintes, diversos outros produtores instalaram suas plantas, explorando um

constante crescimento do mercado, que vem se expandindo até os dias atuais.

As primeiras aplicações foram no setor automobilístico, em vedação de portas

e mangueiras. Na construção civil foi inicialmente empregada em perfis de vedação.

Elastômeros de Etileno-Propileno apresentam um balanço excelente entre

desempenho técnico e custo (relação custo benefício), talvez um dos tipos de elastômero mais

interessantes, neste aspecto, entre os elastômeros de maior consumo no mercado. As

principais características que tornam interessante o uso dos elastômeros de EPDM,

principalmente no setor automotivo, onde o desempenho técnico dos artefatos versos preço

20

apresenta-se como fator determinante, são as excelentes propriedades de resistência ao calor,

envelhecimento, resistência mecânica, resistência ao ozônio e à oxidação, e ainda por ser uma

família de elastômeros que permite ser bastante estendida com cargas e plastificantes, somada

à grande facilidade de processamento (GRISON, 2010).

Os termos borracha ou elastômero foram criados por H. L. Fisher, podendo ser

aplicado tanto à matéria prima como ao artefato por ela produzido (OUTA, 1992).

O elastômero é um material macromolecular que exibe elasticidade, em faixa

longa a temperatura ambiente, que é capaz de recuperar-se de grandes deformações, rápida e

energicamente, e pode ser ou já estar modificado num estado em que é essencialmente

insolúvel, mas pode inchar em solventes tais como: benzeno, metil-etil-cetona, etanol-tolueno.

Entre as características dos polímeros elastoméricos destacam-se (HARPER,

2002):

Estirar prontamente e consideravelmente sob esforço externo (resistência e

capacidade de retração);

Possuir resistência à tração relativamente alta e módulo elástico alto;

Retrair rapidamente, praticamente 100%, quando cessado o esforço

externo.

Os elastômeros deformam sob tensões baixas, módulo inicial baixo15 a 150

Psi. É necessária uma mobilidade interna grande, o que proporciona a possibilidade de retrair

rapidamente quando cessada a tensão externa, caso contrário as cadeias não voltariam à

posição de origem.

Na retração os segmentos individuais voltam de um estado de energia mais alto

para um mais baixo.

O Desenho 1 representa esquematicamente uma molécula elastomérica antes e

após ter sido submetida a tensão externa.

Desenho 1: Esquema da molécula elastomérica antes e após ter sido submetida a tensão externa

(MACRUM; BUCKLEY; BUCKNALL, 1988).

MOLÉCULA NO ESTADO RETRAÍDO MOLÉCULA SOBTENSÃO MOLÉCULA NO ESTADO

RETRAÍDO

21

Se a molécula possui somente movimento Browniano interno o elastômero é

fraco. O elastômero sendo fraco escoa sob tensão, e quando submetido por um período maior,

sofre deformação permanente. Portanto, há necessidade do elastômero apresentar uma

mobilidade externa baixa (mobilidade baixa de uma cadeia em relação a outra).

Se o movimento Browniano externo é forte e rápido o elastômero relaxa e fica

na forma estendida mais do que na retraída, é o que ocorre com a borracha não vulcanizada.

Para se ter um movimento Browniano externo lento e fraco deve-se introduzir

na cadeia ligações suficientemente fortes entre as cadeias do elastômero. Desta forma as

cadeias movimentar-se-ão em conjunto, uma ao lado da outra, não havendo fluência

apreciável entre as cadeias e deformação permanente após ter cessada a tensão. Portanto,

torna-se necessária a introdução de pontos fixos entre as cadeias elastoméricas, bem afastados

um do outro (vulcanização). Assim o material se torna um retículo com pontos fixos

ocasionais, bastante deformável sob tensão, mas que volta à forma original uma vez retirada a

tensão.

O Desenho 2 representa esquematicamente um elastômero sem pontos fixos e

com a introdução de pontos fixos, antes e após a vulcanização (MACRUM; BUCKLEY;

BUCKNALL, 1988).

Desenho 2: Esquema de um elastômero sem pontos fixos e com a introdução de pontos fixos, antes e

após a vulcanização (MACRUM; BUCKLEY; BUCKNALL, 1988).

MOLÉCULA NÃO VULCANIZADA MOLÉCULA NÃO VULCANIZADA MOLÉCULA NÃO VULCANIZADA

NO ESTADO RETRAÍDO SOB TENSÃO NO ESTADO RETRAÍDO

MOLÉCULA VULCANIZADA MOLÉCULA VULCANIZADA MOLÉCULA VULCANIZADA


MOLÉCULA VULCANIZADA MOLÉCULA VULCANIZADA MOLÉCULA VULCANIZADA


22

As borrachas ou elastômeros não vulcanizados tem pouca aplicação comercial.

Para a maioria das aplicações a borracha deve ser modificada, normalmente pela adição de um

agente de vulcanização e outros agentes, como os aceleradores e as cargas. Entre algumas

aplicações da borracha crua se inclui o uso da borracha crepe em sola de sapatos e adesivos

em geral. Geralmente são obtidos compostos de borracha, sendo a mesma aditivada com

outros compostos, geralmente, com negro de fumo, onde ocorrem suas maiores aplicações

industriais (HARPER, 2002).

Os compostos de borracha são obtidos pela combinação de materiais em

proporções adequadas às propriedades desejadas ao produto final.

Compostos de materiais elastoméricos são obtidos adicionando materiais

conhecidos para modificar e melhorar as características e várias propriedades do elastômero

exigidas no produto final. Os estudos neste campo visam desenvolver diferentes tipos de

vulcanização com ou sem enxofre, controlar a velocidade de vulcanização com os ativadores,

além da adição de antioxidantes e outros materiais que melhoram o tempo de envelhecimento

e aumentam o tempo de vida útil do composto. Também podem ser adicionados os auxiliares

de processo, materiais que, adicionados aos compostos de borracha em dosagens baixas, não

alteram as propriedades finais do composto. Atuam sobre as características de processamento

do composto e os seus principais efeitos são: redução na formação de densidade maior de

ligações cruzadas em determinados pontos da massa polimérica (nervura); melhoram a

dispersão dos ingredientes; reduzem a energia consumida e a temperatura do processo;

melhoram a fluidez dos compostos (WINSPEAR, 1968)

2.2 ELASTÔMEROS EPM e EPDM

Poliolefinas são polímeros originários de monômeros de hidrocarbonetos alifático

insaturado, contendo uma dupla ligação carbono carbono reativa. Dentro desta classificação

tem-se polietileno (de baixa e alta densidade), polipropileno (PP), poli-4-metil-penteno-

1(TPX), polibuteno ou polibutileno e poliisobutileno. Os dois primeiros são comumente

utilizados, o elastômero mais importante desta classe é o copolímero de etileno propileno

monômero dieno (EPDM), com uma cadeia principal olefínica saturada. Para permitir a

23

vulcanização com enxofre, usa-se monômero de dieno em concentração baixa (-2 %),

oferecendo estabilidade térmica excelente ao ozônio e solventes (CANEVAROLO JÚNIOR,

2002).

O EPDM é o elastômero com maior capacidade de incorporar cargas. A cura pode

ser peroxílica ou com doadores de enxofre (GRISON, 2010).

O EPDM antes de vulcanizar é um material termoplástico com estabilidade boa

quando armazenado. Após vulcanizar torna-se um material termorrígido, resistente ao

envelhecimento, flexível a temperaturas baixas e com pouca elasticidade. É usado em pneus,

revestimento de fios e cabos elétricos, sola de sapatos, guarnições de janelas e para-brisa,

mangueiras e retentores (CANEVAROLO JÚNIOR, 2002; MANO 2001).

Basicamente, os elastômeros de etileno propileno referem-se a dois grupos

diferentes de polímeros, porém, da mesma família: os “EPM” e “EPDM”. EPMs são

dipolímeros (dois monômeros) oriundos da copolimerização dos monômeros de etileno e

propileno.

Basicamente, os elastômeros de etileno-propileno referem-se a dois grupos

diferentes de polímeros, porém, da mesma família; os “EPM” e “EPDM”.

As letras que denominam estes tipos de polímeros significam:

EPM

E = Etileno

P = Propileno

M = Tipo de estrutura (polimetileno [(-CH2) x -)]

O Esquema 1 apresenta a reação de obtenção da borracha etileno propileno.

Esquema 1: Reação de obtenção da borracha etileno propileno.

EPDM

E = Etileno

P = Propileno

24

D = Dieno

M = Tipo de estrutura (polietileno [(-CH2) x -)]

O Esquema 2 apresenta a estrutura do diciclopentadieno (DCPD).

Esquema 2: Estrutura do diciclopentadieno (DCPD).

O Esquema 3 apresenta a estrutura do 5-etilideno norborneno (ENB).

Esquema 3: Estrutura do 5-etilideno norborneno (ENB).

O Esquema 4 apresenta a estrutura do 1, 4 hexadieno (1,4 HD).

Esquema 4: Estrutura do 1, 4 hexadieno (1,4 HD).

A Tabela 1 apresenta as propriedades típicas das borrachas de etileno propileno

dieno (EPDM)

25

Tabela 1: Propriedades típicas das borrachas de etileno propileno dieno (EPDM) (PINHEIRO, 2012).

Propriedades Valores/resultados

Densidade do polímero 0,86 g/cm³

Resiliência Moderada

Resistência à abrasão Boa

Temperatura mínima de serviço (°C) -55

Temperatura máxima de serviço (°C) 130

Resistência ao ozônio Excelente

Resistência à intempérie, luz solar e UV Excelente

Resistência à água Excelente

Resistência a ácidos e bases diluídas Excelente

Resistência a ácidos e bases concentrados Moderada

Resistência a solventes alifáticos Fraca

Resistência a solventes aromáticos Fraca

Resistência a óleos e gasolinas Fraca

2.3 ELASTÔMEROS NBR

A produção de NBR em escala industrial começou em 1934 na cidade alemã de

Leverkusen tendo o primeiro tipo de NBR aparecido no mercado sob o nome de BUNA N e,

mais tarde, como PERBUNAN N. Os graus diferentes (ou tipos) de NBR distinguem-se pelo

conteúdo em acrilonitrilo (abreviadamente ACN) o qual pode variar de uma forma geral de 18

a 51 % e pela viscosidade. Na produção de NBR, existem muitos parâmetros que, variando,

originam uma diversidade grande, de graus comerciais disponíveis. Alguns desses parâmetros

são:

- teor em acrilonitrila que influencia diretamente a resistência ao óleo e à

gasolina, bem como a flexibilidade à baixa temperatura;

- modificador da cadeia que provoca diferenças na viscosidade Mooney e no

processamento;

- estabilizador que origina diferenças na cor e na estabilidade durante a

armazenagem;

26

- misturas com PVC que produzem os tipos de borracha conhecida como

NBR/PVC.

A borracha nitrílica (NBR) oferece um balanço bom entre a resistência à

temperatura baixa (entre -10°C e -50°C), ao óleo, ao combustível e aos solventes, resistência

essa função do teor em acrilonitrila. Estas características, combinadas com uma boa

resistência à temperatura alta e à abrasão, tornam a borracha NBR úteis para uma variedade

grande de aplicações. Apresenta também resistência boa à fadiga dinâmica, permeabilidade

baixa ao gás e a possibilidade de ser misturada com materiais polares como o PVC.

Existem graus especiais de NBR que contêm, ligados à cadeia do polímero,

antioxidantes que, tornando-se assim menos voláteis, possibilitam que esses graus de NBR

sejam menos solúveis em combustível e óleo, aumentando também a resistência ao calor. Há

ainda vários outros graus especiais de NBR, também para serem usados com vantagem nos

processos de vulcanização por transferência ou por injeção.

O Esquema 5 apresenta a copolimerização de butadieno e acrilonitrilo para

obtenção do NBR.

Esquema 5: Copolimerização de butadieno e acrilonitrila para obtenção do NBR.

O poli cloreto de vinil (PVC) é um dos termoplásticos mais usados desde 1930.

O PVC plastificado substitui a borracha em algumas aplicações, particularmente como cabos

de isolamentos e lâminas (TITOW, 1971). O PVC forma misturas homogêneas com

copolímero de butadieno-acrilonitrila.

A mistura de NBR-PVC é recomendada para aplicações que necessitem de

resistência boa a intempéries e a líquidos orgânicos como óleos alifáticos e solventes.

Sua principal vantagem em relação às borrachas nitrílicas tradicionais é a

resistência excepcional ao ozônio.

27

O elastômero de NBR contendo PVC apresenta uma melhora na resistência e

pode ser aplicado em mangueiras, gaxetas, retentores, fios elétricos, cabos, laminados

calandrados, revestimento de tecidos, entre outras aplicações.

2.4 CARGAS

As cargas são todos os materiais orgânicos ou mineral, adicionados à borracha

para melhorar as propriedades físicas, modificar as propriedades físico-químicas ou reduzir o

seu custo.

São substâncias usadas, principalmente, para reforçar as propriedades físicas de

um elastômero, podem reduzir custos e conferem determinadas características de

processamento, além da melhora de propriedades mecânicas, tais como a dureza e a

resistência ao rasgo.

São compostos usualmente em forma de pó ou qualquer material particulado de

granulometria baixa, tornando possível a sua incorporação a uma matriz elastomérica em

proporções relativamente altas (tipicamente da ordem de 50 partes por 100 partes de borracha-

phr). São materiais sólidos, apresentados na forma finamente dividida e empregados,

geralmente, em proporções acima de 5%, quando se tratam de cargas naturais inorgânicas,

também chamadas de cargas minerais.

Estão divididas em dois grupos: cargas pretas (representado pelo negro de fumo) e

cargas claras (todas que não sejam negro de fumo) (NAGDI, 1993).

As cargas minerais também podem ser classificadas como: orgânicas ou

inorgânicas, sintéticas ou naturais, dependendo da sua origem ou natureza (GARCIA, 1998).

As cargas minerais, em função da eficiência do reforço mecânico, podem ser

classificadas como cargas inertes ou de enchimento e as reforçantes.

Deve-se ter em mente que as características físicas influirão decisivamente sobre o

processamento e propriedades finais. Essa influência é mais acentuada quanto maior for a

concentração da carga incorporada (GARCIA, 1998).

Os fatores importantes a serem analisados como aspecto, tamanho das

partículas, distribuição granulométrica, ausência de contaminantes, a facilidade de dispersão

entre outros, influenciam diretamente no produto final.

O uso de cargas é necessário para a obtenção das propriedades desejadas para

as formulações de borracha, sendo na maioria dos casos a sua utilização mais ou menos

necessária ou desejável. Uma carga, segundo a Norma ISO 1382:1996, é um “aditivo de

composição sólida, normalmente adicionado, em quantidades relativamente grandes, às

28

composições de borracha ou de látex por razões técnicas ou económicas”. As cargas

destinam-se a melhorar as propriedades mecânicas (cargas reforçantes), baixar o preço do

composto e a melhorar o comportamento do composto de borracha ao longo do processo

produtivo, por exemplo, na extrusão (cargas não reforçantes, de enchimento ou de diluição)

(RABELO, 2000).

A escolha de uma carga e a sua proporção no composto dependem principalmente

das propriedades exigidas ao vulcanizado. As cargas são adicionadas para proporcionar

dureza, tenacidade, rigidez, resistência à abrasão, condutividade eléctrica, propriedades

dinâmicas, preço menor, entre outras. As cargas influenciam a viscosidade do composto de

borracha. De uma forma geral, quanto maior for o volume de carga maior será a viscosidade

do composto e os problemas de produção. Os vários tipos de cargas podem ser combinados,

no mesmo composto de borracha, em função das propriedades pretendidas e do preço

desejado.

A quantidade máxima de uma carga que é possível incorporar num composto de

borracha depende do elastômero, do tipo e da quantidade de plastificante utilizado, bem como

da natureza e poder reforçante da carga (MACRUM; BUCKLEY; BUCKNALL, 1998).

As cargas são inicialmente divididas em negros de fumo e cargas brancas.

O negro de fumo é uma carga preta reforçante e, com a sílica, uma das cargas

mais utilizadas.

Os negros de fumo são materiais essencialmente constituídos por carbono

elementar sob a forma de partículas aproximadamente esféricas, de diâmetro máximo inferior

a 1µm, aglutinadas em agregados e são produzidos pela conversão de hidrocarbonetos

líquidos ou gasosos em carbono elementar e hidrogênio, por combustão parcial ou por

decomposição térmica. A maioria dos negros de fumo é produzida pelo processo de fornalha.

É possível utilizar aceleradores convencionais como tiazóis, sulfanamidas,

tiurames, guanidinas ou a sua combinação, não sendo normalmente necessária a adição de

ativadores, uma vez que o pH alcalino do carbonato de cálcio já produz uma ligeira ativação

(BABBIT, 1978).

Os artefatos de borrachas apresentam aplicação tecnológica ampla que se estende

deste a indústria automobilística até as aplicações hospitalares (SILVA, 2000).

29

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo serão apresentados os materiais e os métodos utilizados neste

trabalho.

3.1 MATERIAIS

Os materiais utilizados no presente trabalho estão especificados na Tabela 2.

Tabela 2: Materiais utilizados na formulação dos compostos.

Substância Função no Composto

Elastomérico

Fornecedor

Blenda de EPDM Elastômero Ouro Preto Ind. e Com.

Resíduo de borracha

vulcanizada (EPDM ou misto

EPDM/NBR-PVC)

Carga reforçadora, material

reciclado, 40 mesh.

Sabó

Negro de fumo (N550) Carga reforçante Columbia

Ácido esteárico Ativador de vulcanização Brasken SA

Óleo parafínico Plastificante Ipiranga

Óxido de zinco Ativador de vulcanização Votorantin

TMQ (2,2,4-trimetil-1,2-

dihidroquinolina polimerizada)

Agente de proteção Lanxess

TMTD [Dissulfeto de

tetrametiltiurama (Tiurans)]

Acelerador de vulcanização Lanxess

PVI (N-(ciclohexiltio)

ftalimida)

Retardante Lanxess

ZDBC (ditilcarbanato de zinco). Lanxess

30

Enxofre (S) Agente de Vulcanização Fragon Ltda.

3.1.1 Elastômero

Foi utilizada uma blenda de três borrachas de EPDM com o valor médio de

55ML no teste de viscosidade Mooney (1+4 minutos x 125°C), contendo em média 60% de

eteno e 7% de ENB (5-etilideno norborneno).

3.1.2 Cargas

Foram utilizados negro de fumo tipo N550, com área superficial de 38 a 46

m2/kg, e material regenerado, obtido a partir de peças produzidas com EPDM e com

NBR/PVC, moídas com granulometria de 300 mesh.

3.1.3 Auxiliares de processamento

Os agentes ou auxiliares de processamento podem ser definidos como qualquer

material que usado em pequenas dosagens melhora as características do processo, sem afetar

significativamente as propriedades físicas do composto elastomérico. Os auxiliares de

processamento são utilizados para melhorar a produtividade e a processabilidade.

Como auxiliar de processamento foi utilizado óleo parafínico tendo a média de

viscosidade de 0,90 g/cm³ e ponto de fulgor de 280°C.

3.1.4 Agente de proteção ou antioxidante

O envelhecimento, nas condições naturais de exposição, é um fenômeno

complexo provocado por fatores como o oxigênio, o ozônio, a luz e a temperatura. O oxigênio

é a causa principal do envelhecimento e o que produz maiores alterações nos produtos. A ação

do oxigênio é tanto mais acentuada quanto maior for o tempo de exposição e quanto mais

elevada for a temperatura. Para retardar ou evitar este fenômeno, utilizam-se antioxidantes.

31

Neste trabalho foi utilizado o antioxidante TMQ (2,2,4-trimetil-1,2-

dihidroquinolina polimerizada).

3.1.5 Ativador de reação

Os ativadores de reação podem ser agrupados em compostos inorgânicos,

ácidos orgânicos e substâncias alcalinas. O sistema de ativadores mais usado é constituído por

óxido de zinco e ácido esteárico. Embora o mecanismo pelo qual o referido par é tão efetivo

ainda não esteja exaustivamente estudado, tudo indica que ocorre a reação do óxido de zinco

com o ácido esteárico para formar estearato de zinco que é solúvel na borracha e desta forma

facilita o processo de reticulação.

Como ativadores de reação foram utilizados o óxido de zinco, TMTD

[Dissulfeto de tetrametiltiurama (Tiurans) e ZDBC (ditilcarbanato de zinco).

3.1.6 Retardadores ou retardantes

Os retardadores são substâncias que são adicionados para prevenir a pré-

vulcanização sob as condições de processamento, pois retardam o início da vulcanização

permitindo que a massa elastomérica possa ser trabalhada antes de ser vulcanizada. O efeito

retardante pode também ser obtido com um acelerador rápido e um lento, desde que não

tenham efeito sinergético.

Como retardante foi utilizado o PVI (N-(ciclohexiltio)ftalimida).

3.1.7 Agente reticulante ou acelerador

Os agentes reticulantes ou aceleradores permitem controlar o tempo e/ou

temperatura requerida para a vulcanização e, deste modo, não só realizar a vulcanização em

muito menos tempo como melhorar as propriedades do vulcanizado. A multiplicidade de

propriedades que se procura obter com a vulcanização não pode ser atingida com uma

substância universal, pelo que a variedade de aceleradores ou combinações de aceleradores de

que o formulador de compostos de borracha dispõe é enorme.

32

Como agente reticulante foi utilizado o enxofre na forma de pó, com o grau de

pureza de 99%.

3.2 MÉTODOS

3.2.1 Obtenção das amostras

Os compostos foram obtidos a partir de uma formulação básica de EPDM,

contento 0%, 5% e 10% de resíduo de borracha vulcanizada moída (EPDM ou

EPDM/NBR-PVC).

As formulações foram obtidas em PHR, ou seja, em partes por 100 partes de

borracha (parts for hundred of rubber), portanto, todos os ingredientes foram quantificados a

partir de 100phr de borracha (EPDM).

A Tabela 3 apresenta a formulação básica de (FPEPDM).

Tabela 3: Formulação básica de EPDM (FPEPDM).

MATERIAL PHR

Elastômero (EPDM) 100,0

Cargas 91,0

Agente de processamento 41,0

Agente de proteção 1,6

Ativador 4,5

Retardador 0,3

Agente de vulcanização 4,0

A Tabela 4 apresenta a composição dos compostos obtidos.

Tabela 4: Composição dos compostos estudado.

COMPOSTO FBEPDM

(PHR)

PÓ DE EPDM

(PHR)

PÓ DE EPDM/NBR-PVC

(PHR)

33

C 00 100 0 0

C 01 95 5 0

C 02 95 0 5

C 03 90 10 0

C 04 90 0 10

Após a pesagem das matérias primas, as mesmas foram adicionadas ao

Banbury na sequência: o elastômero, as cargas, os agentes e o ativador. A Fotografia 1 mostra

o misturador fechado tipo Banbury da Cope utilizado.

Fotografia 1: Misturador fechado tipo Banbury Werner & Pfleiderer Stuttgart. Da empresa Sabó

indústria e comércio de Autopeças Ltda.

Os materiais foram misturados no banbury até a incorporação de todas as

matérias primas, por um tempo aproximado de 4 minutos. O composto foi retirado do banbury

a uma temperatura de aproximadamente 110°C.

Posteriormente, a massa polimérica obtida foi colocada em uma calandra.

Fotografia 2 : Calandra (misturador aberto) Thropp. Da empresa Sabó indústria e comércio de

Autopeças Ltda.

34

Após 24 horas, adicionou-se à metade da massa do composto obtido, o

retardador e o agente de vulcanização. Esta mistura foi novamente homogeneizada no

banbury por 30 segundos e, posteriormente, adicionou-se o restante do composto, deixando-se

homogeneizar por mais 30 segundos.

Foram retiradas amostras do composto para realizar o teste de reometrica.

O restante da massa elastomérica obtida foi novamente calandrada e as mantas

obtidas foram processadas por extrusão ou moldagem por compressão a quente, a 175°C por

15 minutos (Fotografia 3). Após 24 horas foram obtidos os corpos de prova para realizar as

caracterizações química, mecânica e morfológica.

Fotografia 3: Prensa hidráulica Racine com aquecimento. Da empresa Sabó indústria e comércio

de Autopeças Ltda.

3.2.2 Caracterização das amostras

As amostras foram caracterizadas por reometria, densidade, variação de peso,

variação de volume, ensaio de tração, dureza Shore A, deformação permanente, resistência

35

química ( imersão das amostras em de óleo, líquido refrigerante, água e ao calor), microscopia

eletrônica de varredura (MEV), análise dinâmico mecânica (DMA) e resiliência ao impacto.

3.2.2.1 Reometria - Reômetro de torque

No processamento de polímeros, as propriedades reológicas dependem dos

parâmetros operacionais (temperatura, pressão, vazão) e estruturais (massa molar,

polidispersão, entre outros). Assim, é recomendável medir as propriedades como a

viscosidade, nas condições mais próximas ou similares das condições de processamento. O

reômetro de torque é um equipamento que reproduz, em escala menor, as geometrias dos

equipamentos usados industrialmente e aproxima-se das condições reais de processamento.

O processo de vulcanização consista em uma reação química que promove a

união entre as cadeias poliméricas individuais, por meio das ligações cruzadas, visando à

obtenção de uma rede tridimensional elástica que irá exibir as propriedades elastoméricas

desejadas no produto final. O desempenho do material nesta fase do processo é avaliado pelos

testes de vulcanização. Embora este processo seja basicamente de natureza química, os testes

usados são geralmente baseados em mudanças físicas que ocorrem no elastômero (MORTON,

1987).

Estas mudanças geralmente ocorrem em três estágios: período de indução;

estágio de cura ou vulcanização; e estágio de reversão ou sobrecura.

A reologia é a ciência que estuda a deformação e o fluxo da matéria. Este

método pode ser usado para determinar a razão de cura e algumas propriedades finais de

vulcanizados para vários materiais compostos. Ele também é útil para comparar e avaliar

matérias primas usadas em vulcanização para teste de aceitação e avaliação de novos

elastômeros.

O reômetro de torque é constituído por um misturador interno de pás giratórias.

Nesse reômetro, a amostra é colocada dentro do misturador a uma velocidade pré-

determinada. O torque necessário para fundir, misturar e homogeneizar a amostra é então

medido. Desta forma, obtém-se um gráfico de torque x tempo. A temperatura dentro do

sistema é continuamente controlada. Também podem ser obtidas curvas de temperatura x

tempo.

Para a determinação do tempo de vulcanização, processo pelo qual o

elastômero presente na mistura e constituído de polímeros lineares se transforma em uma rede

tridimensional, as amostras calandradas foram submetidas ao teste de reometria sob

36

vulcanização em reometro de disco a 190oC, pelo tempo de 150 segundos no equipamento

modelo MDR 2000.

No ensaio reométrico de torque sob aquecimento o elastômero passa do estado

original plástico a outro elástico com características definidas e estáveis.

O Desenho 3 apresenta o esquema da cavidade de teste do reomêtro tipo MDR.

Desenho 3: Esquema da cavidade de teste do reomêtro tipo MDR.

3.2.2.2 Densidade, variação de peso e volume

Qualquer corpo imerso em um líquido apresenta uma aparente perda de peso.

Essa perda de peso é igual à massa do líquido deslocado pelo corpo. Se a densidade do líquido

for conhecida, o volume do corpo pode ser determinado.

A densidade do material é a massa por unidade de volume.

Ao realizar o teste de densidade e variação de volume e peso deve-se utilizar o

béquer contendo água destilada sobre o suporte na balança analítica e então suspender o corpo

de prova imerso na água destilada e pesar em balança analítica com precisão de 1 mg.

37

A Fotografia 4 apresenta a balança analítica da Maxlabor, utilizada na obtenção

da densidade das amostras:

Fotografia 4: Balança analítica da Maxlabor, utilizada na obtenção da densidade das amostras.

3.2.2.3 Caracterização mecânica

3.2.2.3.1 Ensaios de tração

O objetivo do teste é descrever o comportamento de um material quando este é

submetido a forças opostas que tendem a puxá-lo separadamente e determina qual a extensão

que o material estava antes da ruptura. O módulo de elasticidade sob tração é uma indicação

da rigidez relativa de um material e o grau de vulcanização de um composto de borracha,

sendo determinado pelo diagrama tensão versus deformação.

As propriedades de tração incluem resistência à tração, alongamento e módulo

de elasticidade. Estas propriedades são determinadas por meio de um ensaio padrão das

amostras submetidas a uma taxa constante de estiramento, usando um equipamento de tração

(CANEVAROLO, 2004).

Resistência na ruptura: corresponde à carga de tração por unidade de área da

seção transversal original do corpo de prova, no instante de ruptura.

Módulo: Corresponde à carga de tração por unidade de área da seção

transversal original do corpo de prova, correspondente a um determinado alongamento.

Alongamento: corresponde à deformação percentual do corpo de prova no

instante da ruptura.

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=ZJw78CaYogDa9M&tbnid=4edlSDrf7ilRWM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.maxlabor.com.br/balancas-semi-micro-analitica-ohaus-discovery-precis-o-0-01-0-1-modelo-dv215cd.html&ei=R2l6Ut2wN8vMkQfg7YDYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNEnIyDixxCVdxBxhpYCD8fDDuXIoA&ust=1383840315089226

38

Foi utilizada a máquina de tração provida de dinamômetro capaz de indicar a

carga aplicada. As garras da máquina devem exercer pressão uniformemente distribuída

sobre toda a largura do corpo de prova, pressão essa que deve aumentar com a carga de

tração, impedindo qualquer deslizamento não uniforme.

As propriedades de tração foram determinadas de acordo com a norma DIN

53504 com corpo de prova do tipo S2, em equipamento de ensaio universal Q-Test 65,

apresentado na Fotografia 5.

Fotografia 5: Equipamento de ensaio universal Emic. Da empresa Sabó Industria e Comércio de

Autopeças Ltda.

39

3.2.2.3.2 Dureza Shore A

A dureza mede a resistência de uma superfície oposta à penetração por um

instrumento de dimensões determinadas, sob carga também determinada. Os índices

numéricos de dureza podem representar a profundidade de penetração, ou valores arbitrários

convenientes, derivados dessa profundidade.

O durômetro tipo Shore-A tem um penetrador cônico obtuso e é usado para

medir dureza de compostos de borrachas macias até cerca de 90 Shore A (NAGDI, 1993).

A dureza das amostras foi obtida por meio de durômetro Shore A, de acordo

com a norma ASTM D 2240.

A dureza Shore-A das amostras foram medidas nas placas obtidas, observando-

se uma espessura a 6mm.

A Fotografia 6 apresenta o durômetro do tipo Shore A da Microtest, utilizado

na determinação de dureza das amostras.

Fotografia 6: Durômetro do tipo Shore A da Zwick. Da empresa Sabó Industria e Comércio de

Autopeças Ltda.

3.2.2.3.3 Deformação permanente à compressão sob carga elastômeros vulcanizados

40

(compression set)

A deformação permanente à compressão sob carga de elastômeros

vulcanizados ou compression set é definida como uma soma de deformações permanentes

após a remoção da força de compressão. Portanto, se o elastômero está sendo comprimido

acima das condições especificadas haverá uma redução residual na espessura depois da

completa cessação da força compressiva que é conhecida como compression set.

A extensão da deformação da compression set depende da temperatura e da

força compressiva e do tempo de duração do esforço (NAGDI, 1993).

A compression set pode ser determinada por meio das normas ASTM D 395,

que determina a compression set sob constante desvio da temperatura normal e alta, e ASTM

D 1229 que determina a compression set sob constante desvio da temperatura baixa.

O ensaio de deformação permanente à compressão sob deformação constante,

determina a deformação residual relativamente à deformação imposta ao corpo de prova.

O aparelho de compressão é constituído de duas ou mais placas planas de aço

cromado. As placas devem ser suficientemente rígidas para suportar as tensões, sem sofrer

deformação e tamanho suficiente que permita alojar os corpos de prova.

O ensaio foi realizado na temperatura 125°C por 70 horas, em estufa com ar

circulante. As medidas foram realizadas após o resfriamento total do dispositivo. O corpo de

prova utilizado neste ensaio foi o do tipo tarugo, seguindo a norma ASTM D 396 tipo B.

A Fotografia 7 apresenta o equipamento utilizado neste ensaio.

Fotografia 7: Prensa utilizada no ensaio de deformação permanente sob compressão. Da empresa

Sabó Industria e Comércio de Autopeças Ltda.

41

3.2.2.4 Resistência Química

A resistência química dos compostos foi determinada por meio dos ensaios de

determinação dos efeitos causados nas propriedades dos compostos obtidos por imersão das

amostras em óleo, líquido refrigerante, água e quando submetidas ao calor (aumento de

temperatura), por comparação dos valores das propriedades antes e após a exposição ao meio.

O meio de teste pode alterar as propriedades dos materiais em um ou mais dos

seguintes efeitos: reações químicas do meio com o material, absorção do meio pelo material,

extração pelo meio dos componentes solúveis dos materiais, tensão de ruptura e alongamento,

dureza, volume, massa, compressibilidade, recuperação, dimensões, entre outros.

A resistência das amostras foi determinada à temperatura de 23±2°C e

avaliados nos corpos de prova após a exposição especificada ao meio.

3.2.2.4.1 Imersão em água

Para os ensaios de imersão em água as amostras, cujas medidas foram

previamente determinadas (espessura), foram submersas em tubo de ensaio contendo água. As

amostras assim acondicionadas foram mantidas em estufa de ar circulante, a 100°C

(Fotografia 8). Após 70 horas, as amostras foram retiradas da estufa e mantidas à temperatura

ambiente por um período de no mínimo 16 horas e no máximo 96 horas. Decorrido o tempo

de condicionamento, os corpos de prova foram retirados dos tubos de ensaio, secos com papel

toalha e imediatamente foram realizados os ensaios de dureza e tração.

Fotografia 8: Amostras submersas em tubos de ensaio contendo água, mantidas em estufa de ar

circulante, a 100°C.

42

3.2.2.4.2 Resistência ao calor

Para os ensaios de resistência ao calor, as amostras, cujas medidas foram

previamente determinadas (espessura), foram mantidas em estufa de ar circulante, a 125°C

por 70 horas (Fotografia 9). Após o tempo determinado, retiraram-se os corpos de prova da

estufa e acondicionaram-se as amostras à temperatura ambiente, por um período de no

mínimo 16 horas e no máximo 96 horas. Decorrido o tempo de condicionamento foram

realizados os ensaios de dureza e tração.

Fotografia 9: Amostras mantidas em estufa de ar circulante, a 125°C.

3.2.2.4.3 Imersão em óleo

Para os ensaios de imersão em óleo, as amostras, cujas medidas foram

previamente determinadas (espessura), foram submersas em tubo de ensaio contendo o óleo

tipo 15 W 40. As amostras assim acondicionadas foram mantidas em estufa de ar circulante, a

100°C por 22h (Fotografia 10). Após 22h, as amostras foram retiradas da estufa e mantidas à

43

temperatura ambiente por um período de no mínimo 16 horas e no máximo 96 horas.

Decorrido o tempo de condicionamento, os corpos de prova foram retirados dos tubos de

ensaio, secos com papel toalha e imediatamente foram realizados os ensaios de dureza e

tração.

Fotografia 10: Amostras submersas em tubos de ensaio contendo óleo tipo 15 W 40, mantidas em

estufa de ar circulante, a 100°C.

3.2.2.4.4 Imersão em líquido refrigerante (etileno glicol)

Para os ensaios de imersão em líquido refrigerante (etileno glicol) as amostras,

cujas medidas foram previamente determinadas (espessura), foram colocadas em um frasco

erlenmeyer acoplado a um condensador (sistema selebin) contendo etileno glicol (Fotografia

11) e aquecidas em chapa aquecedora por 72 h a 105°C.

Fotografia 11: Amostras submersas em frasco erlenmeyer acoplado a um condensador (sistema

selebin) contendo etileno glicol.

44

3.2.2.5 Caracterização morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A microscopia eletrônica de varredura é usada para o estudo de estruturas

superficiais ou sub-superficiais de amostras com dimensões relativamente grandes,

produzindo imagens de alta resolução.

Na microscopia eletrônica usam-se elétrons para a formação de imagens,

obtendo-se desta forma uma melhor resolução das mesmas.

O microscópio eletrônico de varredura é, sem dúvida, o microscópio eletrônico

mais versátil, devido às suas várias características. É geralmente utilizado para o estudo de

estruturas superficial ou subsuperficiais de amostras com dimensões relativamente grandes.

As imagens têm profundidade alta de foco, o que significa obter relevos diferentes da

superfície das amostras simultaneamente em foco. São imagens tridimensionais e, portanto,

mais fáceis de interpretar que as imagens de projeção de microscopia de transmissão.

As amostras observadas foram obtidas por fratura criogênica e recobertas com

grafite.

A Fotografia 12 apresenta o MEV da JEOL, utilizado na obtenção das

micrografias das amostras obtidas.

Fotografia 12: Microscópio eletrônico de varredura (MEV), da JEOL, modelo JMS2510. Da

Engenharia de Materiais da Universidade Presbiteriana Mackenzie.

45

3.2.2.6 Análise dinâmico-decânica (DMA)

A análise dinâmico-mecânica (DMA) determina as propriedades mecânicas de

uma amostra sob uma carga oscilante em função da temperatura, tempo e frequência.

A DMA consiste, de modo geral, em se aplicar uma tensão ou deformação

mecânica oscilatória, normalmente senoidal, de amplitude baixa a um sólido ou líquido

viscoso, medindo- se a deformação sofrida por este ou a tensão resultante, respectivamente,

sob variação de frequência ou de temperatura.

A DMA tem como um dos principais objetivos relacionar:

- as propriedades macroscópicas, tais como as propriedades mecânicas,

- as relaxações moleculares associadas a mudanças conformacionais e

- as deformações microscópicas geradas a partir de rearranjos moleculares.

A análise dinâmico-mecânica (DMA) é utilizada para determinação da

temperatura de transição vítrea (Tg) e caracterização de polímeros, por apresentar uma

sensibilidade muito superior se comparada as técnicas convencionais como DSC, TMA e

outras. A DMA permite ainda determinar transições secundárias que estão relacionadas à

relaxação de grupos ou parte de grupos laterais da cadeia polimérica e a temperatura de fusão

cristalina (Tm).

O equipamento usado para a técnica é o Analisador dinâmico mecânico,

modelo DMA 8000 (Fotografia 13), da Engenharia de Materiais da Universidade

Presbiteriana Mackenzie

46

Fotografia 13: Analisador dinâmico mecânico, equipamento da Perkin Elmer, modelo 8000.

3.2.2.7 Resiliência ao impacto

Os ensaios mecânicos sob impacto podem ser realizados por meio de máquinas

utilizando martelo acoplado a pêndulo ou em queda livre. A maioria destas máquinas mede a

energia consumida pelo material durante a solicitação sob impacto.

A habilidade de um material absorver energia sem sofrer ruptura é definida

como tenacidade. Geralmente esta propriedade é determinada pela integração da força

aplicada em relação à deformação sofrida pelo material durante o ensaio mecânico.

A resistência ao impacto é uma das propriedades mais requisitada para a

especificação do comportamento mecânico de polímero. A habilidade de um material

polimérico em suportar choque acidentais pode decidir sobre o sucesso ou o fracasso do seu

uso em uma determinada aplicação. Apesar da importância deste comportamento para o

desempenho de um material polimérico, esta propriedade mecânica é uma das menos

confiáveis num processo de seleção destes materiais. Torna-se muito difícil especificar um

único valor universal para a resistência ao impacto de qualquer material polimérico. A

resistência ao impacto depende de um número significativo de variáveis, dentre elas a

temperatura do ensaio, a velocidade de impacto durante o teste, a força com que o corpo de

47

prova sofre o impacto, a geometria do corpo de prova, as condições de fabricação do corpo de

prova, as condições ambientais do ensaio etc. (CANEVAROLO JUNIOR, 2004).

Fotografia 14: Resiliência, modelo Veb Tiw Rauenstein

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 ENSAIOS REOMÉTRICOS

Para a determinação do tempo de vulcanização (processo pelo qual o

elastômero, formado por polímeros lineares se transforma em uma rede tridimensional), as

48

amostras calandradas foram submetidas ao teste de reometria sob vulcanização em reômetro

de disco a 190oC.

A Tabela 5 e os Gráficos 1 a 6 apresentam os resultados obtidos nos ensaios de

reometria (torque [lb.in] em função do tempo [minutos a 190°C]).

Gráfico 1: Curva reométrica obtida para o torque em função do

tempo para o composto CC00 (100% de EPDM).


tempo para o composto CC01 (95% de EPDM/5% resíduos de EPDM)

49


tempo para o composto CC02 (95% de EPDM/5% resíduos de EPDM/NBR-PVC).


tempo para o composto CC03 (90% de EPDM/10% resíduos de EPDM).

50


tempo para o composto CC04 (90% de EPDM/10% resíduos de EPDM/NBR-PVC).

Por meio dos resultados obtidos observa-se que há um decréscimo do tempo de

vulcanização com a concentração de resíduos presentes nos compostos elastoméricos.

Observa-se também que o decréscimo é mais acentuado para os compostos contendo resíduos

mistos de EPDM/NBR-PVC. Este decréscimo não é significativo.

51

Tabela 5: Resultados obtidos nos ensaios de reometria.

Compostos Tempo de vulcanização

T90% (min)

Compostos contendo resíduos de EPDM

CC 00 2,05

CC 01 2,03

CC 03 1,93

Compostos contendo resíduos de EPDM/NBR-PVC

CC 00 2,05

CC02 1,81

CC 04 1,95

4.2 DENSIDADE

A Tabela 6 apresenta os resultados obtidos para os ensaios de densidade dos

compostos. Os resultados mostraram que ocorre um pequeno aumento da densidade dos

compostos com a adição de resíduos. O aumento não é significativo.

Tabela 6: Densidade dos compostos estudados.

Amostras Densidade

(g/cm3)


CC 00 1,12

CC 01 1,12

CC 03 1,13


CC 00 1,12

CC02 1,13

CC 04 1,13

4.3 ENSAIOS DE DUREZA

A Tabela 7 e o Gráfico 6 apresentam resultados dos ensaios de dureza Shore A

dos compostos obtidos.

52

Tabela 7: Resultados dos ensaios de dureza Shore A dos compostos estudados.

Dureza Shore A

Composto

Propriedades

Originais

Após 70h a

100°C em H2O

Após 70h a

125°C

Após 22h a

100°C em óleo

Após 72h a

105°C em

líquido

refrigerante


C00 67 ± 0,548 65 ± 0,000 71 ± 0,000 42 ± 0,580 68 ± 0,000

C01 66 ± 0,548 65 ± 0,580 71 ± 0,580 42 ± 0,580 68 ± 0,580

C03 66 ± 0,837 66 ± 0,000 71 ± 0,000 40 ± 0,000 68 ± 0,000


C00 67 ± 0,548 65 ± 0,000 71 ± 0,000 42 ± 0,580 68 ± 0,000

C02 66 ± 0,548 64 ± 0,000 70 ± 0,000 38 ± 0,580 67 ± 0,000

C04 66 ± 0,707 65 ± 0,000 71 ± 0,000 35 ± 0,000 67 ± 0,000

Gráfico 6: Dureza Shore A dos compostos obtidos.

Por meio da Tabela 7 e do Gráfico 6 é possível observar que:

- A dureza Shore A dos compostos C00 praticamente não varia;

- Comparando a dureza Shore A dos compostos originais com os compostos que foram

submersos em H2O por 70h a 100°C, observa-se que houve um decréscimo na dureza.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Propriedades

original

70h x

100°CxH20

70h x 125º 22h x 100°C x

15W40

72h x 105°C

liq.refrigerante

Dureza Shore A

C00

C01

C03

C02

C04

53

Provavelmente houve a absorção de água pelos compostos e essa atua como um agente

plastificante;

- Comparando a dureza Shore A dos compostos que foram submersos em H2O por 70h

a 100°C, observa-se que esta propriedade praticamente não varia;


mantidos por 70h a 125°C, observa-se que houve um aumento na dureza.

Provavelmente, o aumento da temperatura induziu a pós-polimerização em razão de

algumas ligações duplas aumentando o grau de reticulação, concomitante com a cisão

das cadeias elastoméricas (degradação da matriz polimérica);

- Comparando a dureza Shore A dos compostos mantidos por 70h a 125°C, observa-se

que esta propriedade praticamente não varia;


submersos em óleo por 22h a 100°C, observa-se que houve um decréscimo na dureza.

Este decréscimo foi mais acentuado para os compostos contendo resíduos de

NBR/PVC. Provavelmente houve a absorção de óleo pelos compostos e o óleo atua

como um agente plastificante diminuindo sua dureza;

- A ação plastificante do óleo é mais efetiva do que a da água;


submersos em líquido refrigerante por 72h a 105°C, observa-se que houve um

aumento nesta propriedade, embora não seja significativo.

4.4 ENSAIOS DE TRAÇÃO

As Tabelas 8 a 10 e os Gráficos 7 a 9 apresentam os resultados obtidos para os

ensaios de tração dos compostos.

Tabela 8: Resultados dos ensaios de resistência à tração dos compostos estudados.

Resistência à tração na ruptura (MPa)

Propriedades

Após 70h a

Após 70h a

Após 22h a

Após 72h a

105°C em

líquido

54

Composto Originais 100°C em H2O 125°C 100°C em óleo refrigerante


C00 16,140 ± 0,944 15,460 ± 0,600 15,160 ± 0,340 7,900 ± 0,310 16,400 ± 0,420

C01 14,310 ± 0,721 14,800 ± 0,200 13,800 ± 0,480 7,120 ± 0,410 14,440 ± 0,380

C03 13,770 ± 0,477 13,850 ± 0,030 13,630 ± 0,210 6,820 ± 0,180 13,970 ± 0,670


Composto

Propriedades

Originais

Após 70h a

100°C em H2O

Após 70h a

125°C

Após 22h a

100°C em óleo

Após 72h a

105°C em

líquido

refrigerante

C00 16,140 ± 0,944 15,460± 0,600 15,160 ± 0,340 7,900 ± 0,310 16,400 ± 0,420

C02 13,420 ± 0,198 13,040 ± 0,114 13,220 ± 0,190 6,410 ± 0,160 13,100 ± 0,820

C04 11,890 ± 0,264 12,000 ± 0,140 11,860 ± 0,450 5,970 ± 0,250 12,270 ± 0,200

Gráfico 7: Resistência à tração na ruptura dos compostos estudados.

Tabela 9: Resultados de alongamento sob tração dos compostos estudados.

Alongamento na ruptura (%)

Composto

Propriedades

Originais

Após 70h a

100°C em H2O

Após 70h a

125°C

Após 22h a

100°C em óleo

Após 72h a

105°C em

líquido

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

Propriedades

original

70h x

100°CxH20

70h x 125º 22h x 100°C x

15W40

72h x 105°C

liq.refrigerante

Resistência à Tração na Ruptura (MPa)

C00

C01

C03

C02

C04

55

refrigerante


C00 495 ± 45,741 474 ± 19,290 386 ± 12,291 268 ± 18,720 414 ± 13,440

C01 485 ± 19,756 460 ± 3,210 357 ± 9,290 242 ± 25,870 373 ± 20,950

C03 502 ± 18,198 454 ± 1,530 373 ± 10,600 248 ± 8,020 391 ± 22,340


C00 495 ± 45,740 474 ± 19,290 386 ± 12,290 268 ± 18,720 414 ± 13,440

C02 527 ± 15,165 486 ± 6,350 409 ± 3,060 261 ± 13,200 405 ± 42,190

C04 550 ± 14,237 514 ± 27,150 414 ± 7,510 281 ± 10,687 440 ± 7,370

Gráfico 8: Alongamento na ruptura dos compostos estudados.

Tabela 10: Resultados obtidos do módulo sob tração dos compostos estudados.

Módulo sob tração (Mpa)

Composto

Propriedades

Originais

Após 70h a

100°C em H2O

Após 70h a

125°C

Após 22h a

100°C em óleo

Após 72h a

105°C em

líquido

0

100

200

300

400

500

600

Propriedades

original

70h x

100°CxH20

70h x 125º 22h x 100°C x

15W40

72h x 105°C

liq.refrigerante

Alongamento na Ruptura (%)

C00

C01

C03

C02

C04

56

refrigerante


C00 3,380 ± 0,040 3,600 ± 0,050 4,720 ± 0,050 3,420 ± 0,060 4,290 ± 0,050

C01 3,100 ± 0,080 3,380 ± 0,060 4,260 ± 0,070 3,310 ± 0,070 4,170 ± 0,080

C03 2,910 ± 0,030 3,160 ± 0,040 4,040 ± 0,030 2,900 ± 0,040 3,770 ± 0,070


C00 3,380 ± 0,040 3,600 ± 0,050 4,720 ± 0,050 3,420 ± 0,060 4,290 ± 0,050

C02 2,810 ± 0,040 3,030 ± 0,070 3,670 ± 0,060 2,680 ± 0,050 3,590 ± 0,050

C04 2,560 ± 0,060 2,790 ± 0,040 3,480 ± 0,040 2,380 ± 0,070 3,250 ± 0,030

Gráfico 9: Módulo sob tração dos compostos estudados.

Por meio das Tabelas 8 a 10 e dos Gráficos 7 a 9 é possível observar que:

- A resistência à tração e o módulo sob tração dos compostos, em todas as condições

estudadas decrescem com a concentração de resíduos adicionados aos compostos e

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Propriedades

original

70h x

100°CxH20

70h x 125º 22h x 100°C x

15W40

72hs x 105°C

liq.refrigerante

Módulo sob tração (Mpa)

C00

C01

C03

C02

C04

57

enquanto que o alongamento na ruptura também decresce. A presença dos resíduos

age com descontinuidade na matriz elastomérica, diminuindo as interações entre as

cadeias poliméricas;

- O decréscimo da resistência à tração é mais acentuado para os compostos contendo

resíduos de EPDM/NBR-PVC;

- Comparando a resistência à tração e o alongamento na ruptura sob tração dos

compostos originais com os compostos que foram submersos em H2O por 70h a

100°C, observa-se que houve um decréscimo nesta propriedade. Provavelmente

houve a absorção de água pelos compostos e essa atua como um agente

plastificante;

- Comparando resistência à tração e o alongamento na ruptura sob tração dos

compostos originais com os compostos que foram mantidos por 70h a 125°C,

observa-se que houve um decréscimo nesta propriedade. Provavelmente, com o

aumento da temperatura as cisões das cadeias elastoméricas (degradação da matriz

polimérica) foram mais efetivas que as reações de pós-polimerização (novas

reticulações);

- Comparando o alongamento na ruptura sob tração dos compostos originais com os

compostos que foram submersos em óleo por 22h a 100°C, observa-se que houve

um decréscimo acentuado nesta propriedade. Cerca de 51,05% para o composto

C00, 50,24% para o composto C01, 50,24% para o composto C02, 52,23% para o

composto C03 e 75,02% para o composto C04. O decréscimo na resistência à

tração foi em razão da absorção de óleo pelos compostos, que atua como um

agente plastificante diminuindo sua dureza;

- Este decréscimo foi mais acentuado para os compostos contendo resíduos de

NBR/PVC que apresentam um grau de inchamento (swelling) maior;

- Comparando a resistência à tração dos compostos originais com os compostos que

foram submersos em líquido refrigerante por 72h a 105°C, observa-se que as

alterações não foram significativas;

4.5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE À COMPRESSÃO (COMPRESSION SET).

58

A Tabela 11 e o Gráfico 10 apresentam os resultados obtidos para os ensaios de

deformação permanente à compressão (compression set).

Tabela 11: Resultados obtidos para os ensaios de deformação à compressão

(compression set) dos compostos estudados.

Deformação permanente à compressão

(compression set) (%)

Composto

Propriedades Originais


C00 59,660 ± 0,003

C01 53,760 ± 0,004

C03 56,620 ± 0,004


C00 59,660 ± 0,004

C02 55,910 ± 0,004

C04 56,410 ± 0,004

Gráfico 10: Deformação permanente à compressão (compression set) dos compostos estudados.

Por meio da Tabela 11 e do Gráfico 10 é possível observar que:

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

Deformação permanente à compressão (compression set) (%)

C00

C01

C03

C02

C04

59

- A deformação permanente à compressão (compression set) cresce com a

concentração de resíduos adicionados aos compostos. Os resíduos agem como

descontinuidade na matriz elastomérica;

- O decréscimo é mais acentuado para os compostos contendo resíduos de

EPDM/NBR-PVC em razão da diferença de polaridade que dificulta a

homogeneização dos compostos e permite a formação de uma maior quantidade de

vazios no composto formado.

- Devido a diferença de polaridade entre o EPDM e os resíduos de NBR-PVC, há

maior dificuldade de homogeneização do compósito, favorecendo a formação de

maior quantidade de vazios no compósito formado e consequentemente a

deformação permanente à compressão (compression set) nesses compostos é

maior.

4.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA – MEV

As morfologias dos compostos obtidos foram observadas em microscópio

eletrônico de varredura. As micrografias 1 a 6 apresentam as microestruturas das amostras

obtidas por fratura criogênica.

Micrografia 1: Micrografia obtida em microscópio eletrônico de varredura. Amostra CC 00,

com aumento de (A) 100x e (B) 10000x.


com aumento de (A) 100x e (B) 10000x.

60


com aumento de (A) 100x e (B) 10000x



61



Por meio dos resultados obtidos, observo-se que as cargas estão bem

distribuídas nas amostras. Comparando as amostras contendo somente resíduos de EPDM

com as amostras contendo resíduos de EPDM/NBR, as amostras contendo somente EPDM

mostaram mais homogêneas, enquanto que as amostras contendo resíduos de EPDM/NBR

apresentaram vazios. Provavelmente este fato é decorrente da diferença de polaridade entre os

materiais. Estes resultados estão de acordo com os obtidos para os ensaios de tração.

4.7 ANÁLISE DINÂMICO MECÂNICA DMA.

Os compostos obtidos foram caracterizados por meio de ensaios de análise

dinâmico mecânica no equipamento da Perkin Elmer, modelo 8000. Conforme apresentado na

Tabela 12 e os Gráficos de 11 a 15, mostram os resultados obtidos para as amostras.

Os ensaios foram realizados na faixa de temperatura -90°C a +70°C.

62

Gráfico 11: Análise dinâmico mecânica referente ao composto C00.

Gráfico 12:Análise dinâmico mecânica referente ao composto C01.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,00E+00

5,00E+07

1,00E+08

1,50E+08

2,00E+08

2,50E+08

-90,0 -80,0 -70,0 -60,0 -50,0 -40,0 -30,0 -20,0 -10,0 0,0 10,0

Tan

Modulu

s /P

a

Temperature /°C

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,00E+00

1,00E+08

2,00E+08

3,00E+08

4,00E+08

5,00E+08

6,00E+08

7,00E+08

-150,0 -100,0 -50,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tan

Modulu

s /P

a

Temperature /°C

63



0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,00E+00

5,00E+07

1,00E+08

1,50E+08

2,00E+08

2,50E+08

-150,0 -100,0 -50,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tan

Modulu

s /P

a

Temperature /°C

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,00E+00

2,00E+08

4,00E+08

6,00E+08

8,00E+08

1,00E+09

1,20E+09

1,40E+09

1,60E+09

-150,0 -100,0 -50,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tan

Modulu

s /P

a

Temperature /°C

64


Tabela 12: Resultados obtidos no ensaio de DMA.

COMPOSTOS TAN DELTA TEMPERATURA DE

TRANSIÇÃO VÍTREA (°C)


C00 0,4147 -34,3

C01 0,3997 -35,6

C04 0,3872 -38,0


C00 0,4147 -34,3

C02 0,3756 -35,9

C03 0,3908 -35,8

Conforme os resultados apresentados nos Gráficos de 11 a 15 e na Tabela 12

observam-se que:

- A temperatura de transição vítrea decresce com a concentração de resíduos

adicionados aos compostos;

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,00E+00

2,00E+08

4,00E+08

6,00E+08

8,00E+08

1,00E+09

1,20E+09

1,40E+09

1,60E+09

1,80E+09

-150,0 -100,0 -50,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Tan

Modulu

s /P

a

Temperature /°C

65

- Observou-se que o tan delta decresce com a concentração de resíduos

adicionados aos compostos, este decréscimo é mais efetivo para os compostos contendo

resíduos de EPDM/NBR-PVC;

- Provavelmente a presença dos resíduos diminui a mobilidade das cadeias

diminuindo sua propriedade elastomérica

- Estes resultados estão de acordo com os resultados obtidos para a deformação

permanente sob compressão (compression set).

4.8 RESISTÊNCIA AO IMPACTO – ENSAIO DE RESILIÊNCIA

A Tabela 13 e o Gráfico 16 apresentam os resultados obtidos nos ensaios de

resiliência dos compostos obtidos.

Tabela 13: Resultados no ensaio de resiliência

Compostos ENERGIA RECUPERADA (%)


CC 00 34,00 ± 1,170

CC 01 32,00 ± 1,030

CC 03 31,00 ± 0,660


CC 00 34,00 ± 1,170

CC02 32,00 ± 0,410

CC 04 30,00 ± 0,260

Gráfico 16: Ensaio de resiliência (%)

28

29

30

31

32

33

34

Ensaio de resiliência (%)

C00

C01

C03

C02

C04

66

Por meio dos resultados apresentados na Tabela 12 e no Gráfico 16 observa-se

que:

- O percentual de energia recuperada dos compostos diminui com a

concentração de material regenerado presente na amostra;

- Comparando os resultados obtidos para os compostos contendo 5% de

resíduos o percentual de energia recuperada é igual para os ambos resíduos utilizados (EPDM

e EPBM/NBR-PVC);

- Para os compostos obtidos com 10% de resíduos, a energia recuperada é

maior para os compostos contendo resíduos de EPDM. Provavelmente, a interação entre a

matriz e carga nestes compostos é maior.

67

5 ANALISE ECONÔMICA

A Tabela 14 apresenta a análise econômica dos compostos estudados.

Tabela 14 - Análise econômica dos compostos estudados.

FORMULAÇÃO X PREÇO (R$)

MATERIAL

PHR PESO

PREÇO R$

/ kg COO

5% C01

e C02

PREÇO

R$ / kg

10%

C03e

C04

PREÇO

R$ / kg

EPDM 100 1,00 R$ 28,00 R$ 28,00 0,95 R$ 26,60 0,900 R$ 25,200

Cargas 91 0,91 R$ 5,00 R$ 4,55 0,865 R$ 4,32 0,819 R$ 4,095

Agente de

processamento 41 0,41 R$ 19,00 R$ 7,79 0,390 R$ 7,40 0,369 R$ 7,011

Agente de

proteção 1,6 0,02 R$ 30,00 R$ 0,48 0,015 R$ 0,46 0,014 R$ 0,432

Ativador 4,5 0,05 R$ 7,00 R$ 0,32 0,043 R$ 0,30 0,041 R$ 0,284

Retadador 0,3 0,00 R$ 20,00 R$ 0,06 0,003 R$ 0,06 0,003 R$ 0,054

Agente de

vulcanização 4 0,04 R$ 75,00 R$ 3,00 0,038 R$ 2,85 0,036 R$ 2,700

Pó de EPDM

e NBR/PVC R$ 3,50 0,121 R$ 0,42 0,242 R$ 0,847

Total 242 2,42 R$ 44,20 2,425 R$ 42,41 2,424 R$ 40,62

Por meio da Tabela 14, observa-se que há uma economia cerca de 4% para o

composto com 5% de resíduo de material regenerado. E cerca de 7% para o composto com

10%.

Além da redução de custo de matéria prima, deve-se observar que as

empresas reduzem o custo na disposição do resíduo de borracha vulcanizada no aterro

sanitário.

68

6 CONCLUSÕES

Por meio dos resultados obtidos conclui-se que:

- É possível obter compostos de EPDM contendo resíduos de borrachas

vulcanizadas à base de EPDM e misto EPDM/NBR-PVC de boa qualidade;

- Comparando as propriedades dos compostos sem adição de resíduos com os

obtidos com adição de resíduos, os últimos são mais duros e menos resistentes

térmica, química e mecanicamente, embora essas diferenças não comprometam a

maioria das aplicações atualmente indicadas para o composto sem a adição de

resíduo;

- As propriedades são mais afetadas para os compostos contendo os resíduos mistos

de EPDM/NBR-PVC;

- Como os resíduos de EPDM ou misto EPDM/NBR-PVC apresentam valores de

mercado muito abaixo do composto elastomérico (EPDM), a obtenção destes

compostos contendo resíduos torna-se economicamente viável.

69

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